一种乙烯裂解炉除焦装置及除焦方法
阅读说明：本技术 一种乙烯裂解炉除焦装置及除焦方法 (Decoking device and decoking method for ethylene cracking furnace ) 是由 刘克刚 薛磊 高小磊 张艳 袁慕军 郭玉萍 胡鸣 高景芬 于 2020-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种乙烯裂解炉除焦装置及除焦方法,涉及乙烯生产设备技术领域,包括：芯棒,设置于乙烯裂解炉的辐射炉管内,芯棒的表面上设置有聚焦层,芯棒的两端分别与电源的两极相连接；通过在辐射炉管内设置能够诱导催化结焦的芯棒,使得辐射炉管内的结焦聚集在芯棒上,避免焦粒在辐射炉管内壁聚集引起渗碳；通过电加热芯棒点燃结焦进行除焦,避免使用燃烧器对辐射炉管进行加热,减少废气排放,节省蒸汽消耗。(The invention discloses a decoking device and a decoking method for an ethylene cracking furnace, relating to the technical field of ethylene production equipment and comprising the following steps: the core rod is arranged in a radiation furnace tube of the ethylene cracking furnace, the surface of the core rod is provided with a focusing layer, and two ends of the core rod are respectively connected with two poles of a power supply; the core rod capable of inducing catalytic coking is arranged in the radiation furnace tube, so that coking in the radiation furnace tube is accumulated on the core rod, and carburization caused by accumulation of coke particles on the inner wall of the radiation furnace tube is avoided; the electric heating core rod is used for igniting coking to decoke, so that a burner is not used for heating the radiation furnace tube, the waste gas emission is reduced, and the steam consumption is saved.)
技术领域
本发明属于乙烯生产设备技术领域，更具体地，涉及一种乙烯裂解炉除焦装置及除焦方法。
背景技术
蒸汽裂解是工业制乙烯最常用的方法，裂解炉原料和蒸汽混合后，通入高温的裂解炉辐射炉管，并在炉管内部发生裂解反应，产生乙烯、丙烯等烃类产物。由于烃类的特性，在裂解反应的同时会产生焦粒附着在炉管内壁，焦的不断累积将会降低管壁传热系数、减少炉管流通面积、提高炉管管壁温度。当到达一定工艺要求的结焦限制时，必须对裂解炉辐射炉管进行除焦；同时，焦在炉管内壁的累积，会导致炉管内壁发生渗碳，对高温合金产生损害，降低炉管的使用寿命。
目前，国内外裂解炉的传统除焦工艺为，在炉管内通入空气-水蒸气混合物，通过加大裂解炉燃烧器的热负荷，提高辐射炉管管壁温度，使附着在管内壁的焦发生燃烧，然后随烧焦气排出炉管。这种除焦方法的缺点在于：1、在烧焦时会使炉管的管壁温度超过正常操作温度，给炉管金属带来损害；2、烧焦时燃烧器的负荷加大，随着火焰温度的增加，热力型NOx大量产生，给裂解炉的环保排放带来不利影响；3、为了避免烧焦时产生的NOx超过环保要求的排放限值，常常在烧焦时向炉膛内喷入蒸汽，以降低NOx排放，造成蒸汽消耗量的增加。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种乙烯裂解炉除焦装置及除焦方法，通过在辐射炉管内设置能够诱导催化结焦的芯棒，使得辐射炉管内的结焦聚集在芯棒上，避免焦粒在辐射炉管内壁聚集引起渗碳；通过电加热芯棒点燃结焦进行除焦，避免使用燃烧器对辐射炉管进行加热，减少废气排放，节省蒸汽消耗。
为了实现上述目的，本发明提供一种乙烯裂解炉除焦装置，包括：
芯棒，设置于所述乙烯裂解炉的辐射炉管内，所述芯棒的表面上设置有聚焦层，所述芯棒的两端分别与电源的两极相连接。
可选地，所述芯棒的外周上设置有限位架，所述限位架与所述辐射炉管的内壁之间设置有间隙。
可选地，所述芯棒的外周上设置有支撑块，所述限位架与所述支撑块卡接。
可选地，所述聚焦层内含有铁元素和镍元素。
可选地，所述芯棒的一端贯穿位于所述乙烯裂解炉的炉壁外侧的辐射炉管的管壁并与所述管壁密封连接。
可选地，贯穿所述管壁的芯棒与所述管壁之间设置有绝缘子，所述绝缘子的外侧设置有管台，所述管台的一端与所述辐射炉管的外壁相连接。
可选地，贯穿所述管壁的芯棒与所述管壁之间设置有绝缘子，所述绝缘子的外侧设置有法兰，所述法兰的一端通过法兰接管与所述辐射炉管的外壁相连接。
可选地，还包括保护套管，所述保护套管一端与所述辐射炉管相连通，另一端贯穿所述炉壁。
可选地，所述芯棒的一端穿设在所述保护套管内，延伸至所述炉壁外。
本发明还提供一种乙烯裂解炉除焦方法，包括：
提供能够催化结焦的芯棒；
将所述芯棒放置在所述乙烯裂解炉的辐射炉管内；
向所述辐射炉管内通入助燃气体；
对所述芯棒加热，将所述芯棒表面上的焦点燃。
本发明提供一种乙烯裂解炉除焦装置及除焦方法，其有益效果在于：
1、该装置通过在辐射炉管内设置能够诱导催化结焦的芯棒，使得辐射炉管内的结焦聚集在芯棒上，避免焦粒在辐射炉管内壁聚集引起渗碳，减少渗碳对炉管合金的损害，延长炉管使用寿命；
2、该装置通过对辐射炉管内部的芯棒采用内部电加热的方法烧焦，也可以避免传统除焦方法过程中对炉管的高温加热，裂解炉燃烧器不需要增加热负荷，甚至可以在除焦过程中关闭燃烧器，这样可以降低传统除焦过程中的NOx排放，且节省降NOx蒸汽用量。
本发明的其它特征和优点将在随后
具体实施方式
部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的实施例一的一种乙烯裂解炉除焦装置的结构示意图。
图2示出了根据本发明的实施例一的一种乙烯裂解炉除焦装置的截面剖视结构示意图。
图3示出了根据本发明的实施例一的一种乙烯裂解炉除焦装置的侧面剖视结构示意图。
图4示出了根据本发明的实施例一的一种乙烯裂解炉除焦装置的管台处剖视结构示意图。
图5示出了根据本发明的实施例二的一种乙烯裂解炉除焦装置的结构示意图。
图6示出了根据本发明的实施例三的一种乙烯裂解炉除焦装置的结构示意图。
图7示出了根据本发明的实施例三的一种乙烯裂解炉除焦装置的法兰处剖视结构示意图。
附图标记说明：
1、芯棒；2、辐射炉管；3、电源；4、限位架；5、间隙；6、支撑块；7、炉壁；8、绝缘子；9、管台；10、法兰；11、法兰接管；12、保护套管。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提供一种乙烯裂解炉除焦装置，包括：
芯棒，设置于乙烯裂解炉的辐射炉管内，芯棒的表面上设置有聚焦层，芯棒的两端分别与电源的两极相连接。
具体的，聚焦层内含有具有诱导催化结焦的铁和镍元素，能够使得辐射炉管内的焦粒聚集在芯棒的表面上，而不是在辐射炉管的内壁上结焦；避免焦粒在炉管内表面聚集引起的渗碳，减少渗碳对炉管合金的损害，延长炉管使用寿命。
可选地，芯棒上促进催化结焦的元素可作为涂层元素组成部分涂覆在芯棒表面，也可以作为芯棒的主体材料组成元素。
可选地，芯棒具有导电性。
具体的，芯棒两端通过导线与外部电源相连，裂解炉除焦操作时打开电源的开关后，芯棒产生热量将芯棒表面的结焦点燃，焦燃烧后随烧焦气排出炉管；通过对辐射炉管内部芯棒采用内部电加热的方法烧焦，也可以避免传统除焦方法过程中对辐射炉管的高温加热；同时，裂解炉燃烧器不需要增加热负荷，甚至可以在除焦过程中关闭燃烧器，这可以降低传统除焦过程中的NOx排放，且节省降NOx蒸汽用量。
可选地，芯棒的外周上设置有限位架，限位架与辐射炉管的内壁之间设置有间隙。
可选地，芯棒的外周上设置有支撑块，限位架与支撑块卡接。
具体的，限位架和支撑块沿芯棒的轴线方向设置有多个，对芯棒起到定位作用，避免芯棒接触辐射炉管的内壁，使得芯棒处于辐射炉管内部中心处的位置上，以便芯棒上的结焦均匀。
可选地，所述聚焦层内含有铁元素和镍元素。
可选地，芯棒的一端贯穿位于乙烯裂解炉的炉壁外侧的辐射炉管的管壁并与管壁密封连接。
具体的，芯棒与管壁之间绝缘。
可选地，贯穿管壁的芯棒与管壁之间设置有绝缘子，绝缘子的外侧设置有管台，管台的一端与辐射炉管的外壁相连接。
具体的，绝缘子的材料为陶瓷或刚玉。
可选地，贯穿管壁的芯棒与管壁之间设置有绝缘子，绝缘子的外侧设置有法兰，法兰的一端通过法兰接管与辐射炉管的外壁相连接。
可选地，还包括保护套管，保护套管一端与辐射炉管相连通，另一端贯穿炉壁。
具体的，保护套管一端焊接于辐射炉管外壁，另一端敞口暴露于炉壁的外侧，用于保护伸出的芯棒和导线。
可选地，芯棒的一端穿设在保护套管内，延伸至炉壁外。
可选地，限位架由绝缘材料制成。
具体的，限位架的材料为陶瓷或刚玉。
本发明还提供一种乙烯裂解炉除焦方法，包括：
提供能够催化结焦的芯棒；
将所述芯棒放置在所述乙烯裂解炉的辐射炉管内；
向所述辐射炉管内通入助燃气体；
对所述芯棒加热，将所述芯棒表面上的焦点燃。
可选地，通过在芯棒的表面设置含有铁和镍元素的聚焦层，使得芯棒能够催化结焦。
可选地，通过对芯棒进行电加热，将所述芯棒表面上的焦点燃。
实施例一
如图1至图4所示，本发明提供一种乙烯裂解炉除焦装置，包括：
芯棒1，设置于乙烯裂解炉的辐射炉管2内，芯棒1的表面上设置有聚焦层，芯棒1的两端分别与电源3的两极相连接。
在本实施例中，芯棒1的外周上设置有限位架4，限位架4与辐射炉管2的内壁之间设置有间隙5。
在本实施例中，芯棒1的外周上设置有支撑块6，限位架4与支撑块6卡接。
在本实施例中，所述聚焦层内含有铁元素和镍元素。
在本实施例中，芯棒1的一端贯穿位于乙烯裂解炉的炉壁7外侧的辐射炉管2的管壁并与管壁密封连接。
在本实施例中，贯穿管壁的芯棒1与管壁之间设置有绝缘子8，绝缘子8的外侧设置有管台9，管台9的一端与辐射炉管2的外壁相连接。
在本实施例中，还包括保护套管12，保护套管12一端与辐射炉管2相连通，另一端贯穿炉壁7。
在本实施例中，芯棒1的一端穿设在保护套管12内，延伸至炉壁7外。
本发明还提供一种乙烯裂解炉除焦方法，包括：
提供能够催化结焦的芯棒1；
将所述芯棒1放置在所述乙烯裂解炉的辐射炉管2内；
向所述辐射炉管2内通入助燃气体；
对所述芯棒1加热，将所述芯棒1表面上的焦点燃。
综上，本实施例中的乙烯裂解炉除焦装置使用时，在一程辐射炉管2和二程辐射炉管2中心设置芯棒1，芯棒1表面设有支撑块6，限位架4通过支撑块6安装于芯棒1上，限位架4为三叉型，限位架4与辐射炉管2内壁之间的间隙5为2mm。芯棒1通过导线与电源3连接，其中两根一程辐射炉管2中的芯棒1先并联，然后再与二程辐射炉管2中的芯棒1并联；将此端导线接到电源3的一个电极上，在辐射炉管2底部弯管最低点处将芯棒1与导线连接，接到电源3的另一个电极上。上部的芯棒1与一程辐射炉管2、二程辐射炉管2管壁连接接口处位于炉壁7外侧，且通过管台9连接，管台9与芯棒1间填塞有绝缘子8，绝缘子8材料为陶瓷。对于辐射炉管2底部弯管最低点处，芯棒1穿过炉管1也是通过管台8连接，管台8与芯棒1间填塞有绝缘子8。为避免热辐射对导线和芯棒1的损害，管台8位于保护套管12内，保护套管12一端焊接于辐射炉管2外壁，一端敞口暴露于炉壁7外侧。
芯棒1的外表面涂覆有促进催化结焦的含有铁和镍元素的涂层，在裂解炉正常操作时，电源3的开关处于关闭状态，裂解反应的产生的焦粒附着在芯棒1表面并聚集，当达到工艺要求的烧焦条件时，打开电源3的开关，对芯棒1进行电加热，同时在辐射炉管2的内部通入空气和蒸汽，当芯棒1的温度达到焦的燃点时，焦开始燃烧，燃烧产物随空气和蒸汽排出辐射炉管2。当芯棒1表面的焦燃烧完成时，关闭电源3的电源，在辐射炉管2中投入物料，重新开始裂解反应。
实施例二
如图5所示，本发明提供一种乙烯裂解炉除焦装置，包括：
芯棒1，设置于乙烯裂解炉的辐射炉管2内，芯棒1的表面上设置有聚焦层，芯棒1的两端分别与电源3的两极相连接。
在本实施例中，芯棒1的外周上设置有限位架4，限位架4与辐射炉管2的内壁之间设置有间隙5。
在本实施例中，芯棒1的外周上设置有支撑块6，限位架4与支撑块6卡接。
在本实施例中，所述聚焦层内含有铁元素和镍元素。
在本实施例中，芯棒1的一端贯穿位于乙烯裂解炉的炉壁7外侧的辐射炉管2的管壁并与管壁密封连接。
在本实施例中，贯穿管壁的芯棒1与管壁之间设置有绝缘子8，绝缘子8的外侧设置有管台9，管台9的一端与辐射炉管2的外壁相连接。
本发明还提供一种乙烯裂解炉除焦方法，包括：
提供能够催化结焦的芯棒1；
将所述芯棒1放置在所述乙烯裂解炉的辐射炉管2内；
向所述辐射炉管2内通入助燃气体；
对所述芯棒1加热，将所述芯棒1表面上的焦点燃。
综上，本实施例中的乙烯裂解炉除焦装置使用时，在一程辐射炉管2和二程辐射炉管2中心设置芯棒1，芯棒1表面设有支撑块6，限位架4通过支撑块6安装于芯棒1上，限位架4为三叉型，限位架4与辐射炉管2内壁之间的间隙5为2mm。芯棒1通过导线与电源3连接，其中两根一程辐射炉管2中的芯棒1先并联，然后将此端导线接到电源3的一个电极上，二程辐射炉管2中的芯棒1接到电源3的另一个电极上。上部的芯棒1与一程辐射炉管2、二程辐射炉管2的管壁连接接口处位于炉壁7外侧，且通过管台9连接，管台9与芯棒1间填塞有绝缘子8，绝缘子8材料为陶瓷。
芯棒1的外表面涂覆有促进催化结焦的含有铁和镍元素的涂层，在裂解炉正常操作时，电源3的开关处于关闭状态，裂解反应的产生的焦粒附着在芯棒1表面并聚集，当达到工艺要求的烧焦条件时，打开电源3的开关，对芯棒1进行电加热，同时在辐射炉管2的内部通入空气和蒸汽，当芯棒1的温度达到焦的燃点时，焦开始燃烧，燃烧产物随空气和蒸汽排出辐射炉管2。当芯棒1表面的焦燃烧完成时，关闭电源3的电源，在辐射炉管2中投入物料，重新开始裂解反应。
实施例三
如图6和图7所示，本发明提供一种乙烯裂解炉除焦装置，包括：
芯棒1，设置于乙烯裂解炉的辐射炉管2内，芯棒1的表面上设置有聚焦层，芯棒1的两端分别与电源3的两极相连接。
在本实施例中，芯棒1的外周上设置有限位架4，限位架4与辐射炉管2的内壁之间设置有间隙5。
在本实施例中，芯棒1的外周上设置有支撑块6，限位架4与支撑块6卡接。
在本实施例中，所述聚焦层内含有铁元素和镍元素。
在本实施例中，芯棒1的一端贯穿位于乙烯裂解炉的炉壁7外侧的辐射炉管2的管壁并与管壁密封连接。
在本实施例中，贯穿管壁的芯棒1与管壁之间设置有绝缘子8，绝缘子8的外侧设置有法兰10，法兰10的一端通过法兰接管11与辐射炉管2的外壁相连接。
本发明还提供一种乙烯裂解炉除焦方法，包括：
提供能够催化结焦的芯棒1；
将所述芯棒1放置在所述乙烯裂解炉的辐射炉管2内；
向所述辐射炉管2内通入助燃气体；
对所述芯棒1加热，将所述芯棒1表面上的焦点燃。
综上，本实施例中的乙烯裂解炉除焦装置使用时，在辐射炉管2中心设置芯棒1，芯棒1表面设有支撑块6，限位架4通过支撑块6安装于芯棒1上，限位架4为三叉型，限位架4与辐射炉管2内壁之间的间隙5为2mm。芯棒1通过导线与电源3连接，上部和下部的芯棒1与辐射炉管2管壁连接接口处位于炉壁7外侧，且通过法兰10连接，法兰10与芯棒1间填塞有绝缘子8，绝缘子8材料为陶瓷。
芯棒1的外表面涂覆有促进催化结焦的含有铁和镍元素的涂层，在裂解炉正常操作时，电源3的开关处于关闭状态，裂解反应的产生的焦粒附着在芯棒1表面并聚集，当达到工艺要求的烧焦条件时，打开电源3的开关，对芯棒1进行电加热，同时在辐射炉管2的内部通入空气和蒸汽，当芯棒1的温度达到焦的燃点时，焦开始燃烧，燃烧产物随空气和蒸汽排出辐射炉管2。当芯棒1表面的焦燃烧完成时，关闭电源3的电源，在辐射炉管2中投入物料，重新开始裂解反应。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
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